JP2006032385A

JP2006032385A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2006032385A
Application number: JP2004204437A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Sakai; 誠一郎酒井; Masanori Ogura; 正徳小倉; Toru Koizumi; 徹小泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】共通ウエルの画素配列エリアの周辺に設けられたウエルコンタクトから拡散してくる暗電流を抑制して、周辺画素の特性を改善すること。
【解決手段】入射光を電気信号に変換するための光電変換素子を有する画素を二次元的に有する固体撮像装置において、第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の共通ウエル領域内に、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域が設けられ、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクトが、前記共通ウエル領域の画素配列エリアの周辺と内側に設けられており、前記共通ウエル領域の画素配列エリアと前記画素配列エリアの周辺に囲うように設けられているウエルコンタクトの間に、逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域が前記画素配列エリアを囲うように設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子を複数備えた固体撮像装置に関するものである。

近年、パーソナルコンピューターの急速な普及により、画像入力機器としての電子スチルカメラの需要が拡大している。

上記電子スチルカメラの画質を決定する要素は幾つかあるが、その中でも固体撮像装置の画素数は撮影像の解像度を決定する大きな要素である。そのため、最近は１０００万画素以上の多くの画素数を持った電子スチルカメラも幾つか商品化されている。

このように１０００万画素以上もの画素が同一平面に二次元状に配列されている固体撮像装置では画素ごとの電位のずれにより、出力信号に大きなシェーディングが発生してしまう。

このため、特許文献１に開示された固体撮像装置では、光電変換素子と増幅用トランジスタとを含む画素が共通ウエル内に設けられており、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのコンタクトが、前記共通ウエルの画素配列エリアの周辺及び各画素に設けられていることにより画素領域内のウエル電位の分布を抑制することが可能となり、シェーディングを低減している。

特開２００１−２３０４００号公報

しかしながら、上記従来例では共通ウエルの画素配列エリアの周辺に設けられたウエルコンタクトから拡散してくる暗電流により、周辺の画素の特性（ＳＮ比）が悪化していた。以下、図を用いて詳細に説明する。

図６は従来の固体撮像装置を模式的に示す平面図である。

フォトダイオード７、ＭＯＳトランジスタ等が作られているウエル１、光電変換素子であるフォトダイオード７が二次元的に配列されている画素配列領域２、ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクト３が図６のように配置されている。

図７は従来例の平面図である図６のＣ−Ｄ間における模式的な断面図である。

図６では図が複雑になるため省略したが、素子間には素子分離領域６が存在し、又、ウエルコンタクト３にはＧＮＤの電圧が印加されている。

従来例では、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流がフォトダイオード７に流れ込むことにより、周辺の画素の特性（ＳＮ比）が悪化していた。

簡単にウエルコンタクト３から暗電流が拡散してくるメカニズムを説明する。

Ｐ型半導体とＮ型半導体を接合したＰＮ接合を利用したフォトダイオードでは、ＰＮ接合に逆バイアスを掛けて空乏層を広げ、接合容量に発生した光電子を集める。

又、逆バイアスを掛けたＰＮ接合には生成電流と拡散電流が流れる。

ここでは重要となる拡散電流のみを説明する。

拡散電流は、ＰＮ接合から電極となるウエルコンタクトまでの距離がキャリアの拡散長よりも長いときはキャリアの拡散長で決まり、ＰＮ接合から電極となるウエルコンタクトまでの距離がキャリアの拡散長よりも短いときはウエルコンタクトまでの距離で決まる。

固体撮像装置ではウエルコンタクトからＰＮ接合までの距離が数１０ｕｍと短いので、拡散電流はウエルコンタクトから供給される電流で決まる。よって、従来例ではウエルコンタクトからフォトダイオードへ拡散してくる暗電流が問題となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、共通ウエルの画素配列エリアの周辺に設けられたウエルコンタクトから拡散してくる暗電流を抑制して、周辺画素の特性を改善することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、入射光を電気信号に変換するための光電変換素子を有する画素を二次元的に有する固体撮像装置において、第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の共通ウエル領域内に、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域が設けられ、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクトが、前記共通ウエル領域の画素配列エリアの周辺と内側に設けられており、前記共通ウエル領域の画素配列エリアと前記画素配列エリアの周辺に囲うように設けられているウエルコンタクトの間に、逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域が前記画素配列エリアを囲うように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、共通ウエルの画素配列エリアの周辺に設けられたウエルコンタクトから拡散してくる暗電流を抑制して、周辺画素の特性を改善することができる。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に述べる。

＜実施の形態１＞
図１は本発明における実施の形態１に係る固体撮像装置を模式的に示す平面図である。

フォトダイオード７、ＭＯＳトランジスタ等が作られているウエル１、光電変換素子であるフォトダイオード７が二次元的に配列されている画素配列領域２、ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクト３、ウエルコンタクト３からの暗電流４を吸い込むための暗電流吸い込み領域８が図１のように配置されている。

図２は本実施の形態の平面図である図１のＡ−Ｂ間における模式的な断面図である。

図１では図が複雑になるため省略したが、素子間には素子分離領域６が存在し、又、ウエルコンタクト３にはＧＮＤの電圧が印加され、暗電流吸い込み領域８には５Ｖが印加されている。

暗電流吸い込み領域８が、前記画素配列エリアを囲うように設けられていることを特徴としている。

上記構成を採ることで、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流４が暗電流吸い込み領域８に流れ込み、周辺のフォトダイオード７に流れ込みにくくなるので、周辺のフォトダイオード７の特性が改善する。

＜実施の形態２＞
図１は本発明における実施の形態２の固体撮像装置を模式的に示す平面図である。

図３は実施の形態２の平面図である図１のＡ−Ｂ間における模式的な断面図である。図中の数字は繰り返しになるので説明を省略する。

暗電流吸い込み領域８が前記画素配列エリアを囲うように設けられていること、暗電流吸い込み領域８がフォトダイオード７よりも深くまで設けられていることを特徴としている。

上記構成を採ることで、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流４のウエルの深いところを拡散する成分までもが暗電流吸い込み領域８に流れ込み、周辺のフォトダイオード７により流れ込みにくくなるので、周辺のフォトダイオード７の特性がより改善する。

＜実施の形態３＞
図１は本発明における実施の形態３の固体撮像装置を模式的に示す平面図である。

図４は実施の形態３の平面図である図１のＡ−Ｂ間における模式的な断面図である。図中の数字は繰り返しになるので説明を省略する。

暗電流吸い込み領域８が前記画素配列エリアを囲うように設けられていること、ウエル１の不純物濃度が半導体基板主表面から基板内部に向かって濃くなっており、基板内部で濃度のピークを持つことを特徴としている。

上記構成を採ることで、不純物濃度勾配による電界により、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流４が浅いところを拡散するようになり、暗電流吸い込み領域８に流れ込み易くなり、周辺のフォトダイオード７により流れ込みにくくなるので、周辺のフォトダイオード７の特性がより改善する。

＜実施の形態４＞
図１は本発明における実施の形態４の固体撮像装置を模式的に示す平面図である。

図５は実施の形態４の平面図である図１のＡ−Ｂ間における模式的な断面図である。図中の数字は繰り返しになるので説明を省略する。

暗電流吸い込み領域８が前記画素配列エリアを囲うように設けられていること、暗電流吸い込み領域８がフォトダイオード７よりも深くまで設けられていること、ウエル１の不純物濃度が半導体基板主表面から基板内部に向かって濃くなっており、基板内部で濃度のピークを持つことを特徴としている。

上記構成を採ることで、不純物濃度勾配による電界により、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流４が浅いところを拡散するようになり、又、暗電流吸い込み領域８がフォトダイオード７よりも深くまで設けられていることにより、ウエルコンタクト３から拡散してくる暗電流４が暗電流吸い込み領域８にほぼ流れ込み、周辺のフォトダイオード７にほぼ流れ込まなくなるので、周辺のフォトダイオード７の特性が更に改善する。

以上説明した各実施の形態は、半導体の導電型を逆転させても可能であり、例えばウエル１をｎ型とする場合には、基準電圧はＰＮ接合を逆バイアスにするために、正電圧となる。

本発明の実施の形態１〜４における固体撮像装置の平面図である。本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である。本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図である。本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図である。本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である。従来の固体撮像装置の平面図である。従来の固体撮像装置の断面図である。

符号の説明

１ウエル
２画素配列領域
３ウエルコンタクト
４暗電流
５半導体基板
６素子分離領域
７フォトダイオード
８暗電流吸い込み領域

Claims

入射光を電気信号に変換するための光電変換素子を有する画素を二次元的に有する固体撮像装置において、
第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の共通ウエル領域内に、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域が設けられ、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクトが、前記共通ウエル領域の画素配列エリアの周辺と内側に設けられており、前記共通ウエル領域の画素配列エリアと前記画素配列エリアの周辺に囲うように設けられているウエルコンタクトの間に、逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域が前記画素配列エリアを囲うように設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
入射光を電気信号に変換するための光電変換素子を有する画素を二次元的に有する固体撮像装置において、
第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の共通ウエル領域内に、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域が設けられ、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクトが、前記共通ウエル領域の画素配列エリアの周辺と内側に設けられており、前記共通ウエル領域の画素配列エリアと前記画素配列エリアの周辺に囲うように設けられているウエルコンタクトの間に、逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域が前記画素配列エリアを囲うように設けられており、前記逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域は、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域よりも深くまで設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
入射光を電気信号に変換するための光電変換素子を有する画素を二次元的に有する固体撮像装置において、
第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の共通ウエル領域内に、前記光電変換素子となる第１導電型の半導体受光領域が設けられ、前記共通ウエルに基準電圧を供給するためのウエルコンタクトが、前記共通ウエル領域の画素配列エリアの周辺と内側に設けられており、前記共通ウエル領域の画素配列エリアと前記画素配列エリアの周辺に囲うように設けられているウエルコンタクトの間に、逆バイアスとなる電圧が印加された第１導電型の領域が前記画素配列エリアを囲うように設けられており、前記共通ウエルの不純物濃度が半導体基板主表面から基板内部に向かって濃くなっており、基板内部で濃度のピークを持つことを特徴とする固体撮像装置。
前記共通ウエルの不純物濃度が半導体基板主表面から基板内部に向かって濃くなっており、基板内部で濃度のピークを持つことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。